量子计算是研究如何利用量子物理学中的现象来执行比旧的经典计算机技术更高效的计算。量子计算中的基本信息单位是量子比特。 ^[1]

历史

量子力学的思想可以追溯到 1900 年马克斯·普朗克的研究，他被认为是量子理论之父。量子计算机出现在 20 世纪 80 年代和 70 年代，当时保罗·贝尼奥夫证明了制造一台在量子物理定律下运行的计算机是可能的。 ^[2]

概述

与传统的计算机位（表征为 0 或 1 的二进制数字）不同，量子比特可以是 0 和 1 的相干叠加。量子计算机的功率随着每个添加的量子比特而增加。但是，添加更多的晶体管不会线性地增加功率，就像传统计算机一样。 ^[1]

叠加和纠缠是用于量子计算的量子力学的两个特征。这些特性使量子计算机能够以比传统计算机高出指数级的速度处理运算，同时在此过程中消耗更少的能量。 ^[1]

在加密货币领域，关于量子计算对网络安全的影响存在争议，尤其是在比特币 (BTC) 中。这是因为量子计算可能会对密码学的弹性构成威胁。因此，开发人员和数学家正在积极研究创建抗量子密码学的可能性，以确保这些网络保持安全。 ^[1]

为了解决量子计算的潜在威胁，密码学领域的研究人员正在探索和开发抗量子密码算法。这些算法旨在抵御来自经典计算机和量子计算机的攻击，确保数字资产在量子计算时代持续安全。过渡到抗量子算法是一个复杂的过程，需要在密码学和区块链社区内进行仔细的考虑和协调。 ^[3]

量子密码学

密码学是加密数据的过程，即将纯文本转换为乱码文本，以便只有拥有正确“密钥”的人才能阅读它。 ^[4]

量子密码学，顾名思义，使用量子力学的原理来加密数据并以无法被黑客入侵的方式传输它。它是一个安全的系统，可以防止在消息发送者或接收者不知情的情况下受到攻击。也就是说，不可能在不提醒发送者或接收者的情况下复制或查看以量子状态编码的数据。量子密码学也应该对那些使用量子计算的人保持安全。 ^[5]

量子密码学使用单个光粒子或光子通过光纤传输数据。光子代表二进制位。系统的安全性依赖于量子力学。这些安全属性包括：

• 粒子可以同时存在于多个位置或状态；
• 量子属性不能在不改变或干扰它的情况下被观察到；并且
• 整个粒子无法复制。

这些属性使得在不干扰任何系统的情况下测量任何系统的量子状态成为不可能。光子用于量子密码学，因为它们提供了所有必要的品质：它们的行为已被很好地理解，并且它们是光纤电缆中的信息载体。 ^[4][5]

量子密码学目前的一个例子是量子密钥分发 (QKD)，它提供了一种安全的密钥交换方法。 ^[5]

量子密码学的工作原理

在量子密码学中，发送者通过过滤器传输光子，随机分配四个极化和位指定之一：垂直（一位）、水平（零位）、45 度向右（一位）或 45 度向左（零位）。这些光子到达配备有两个分束器（水平/垂直和对角线）的接收器，以确定每个光子的极化。 ^[4]

重要的是，接收器必须猜测为每个光子使用哪个分束器，从而增加了一个不确定因素。在传输光子流之后，接收器通知发送者用于每个光子的分束器。然后，发送者将此信息与用于发送密钥的偏振器序列进行比较。丢弃使用错误的分束器读取的光子，生成的位序列形成安全密钥。 ^[4]

量子物理学

也称为量子力学，量子物理学是一种仅适用于足够小的东西以应用其规则的物理学类型。几乎所有事物在经典物理学中都表现出可预测性——计算和测量可以是精确的。一旦开始研究量子物理学大小的物体，事情就会变得更加不可预测。 ^[2]

量子物理学中的测量和计算不能保证是准确的——它们只能使用概率来猜测。在量子水平上，粒子可以开始表现得像波，并根据是否被观察而突然改变状态。在量子领域，一切都变得不确定。 ^[2]

量子计算机

量子计算机利用量子力学的原理来执行计算，对于某些类型的问题，其速度比经典计算机快指数级。对于密码学领域来说，最重要的影响之一是量子计算机能够有效地解决经典计算机认为困难的问题，例如分解大数。 ^[2]

在加密货币（包括比特币和其他基于区块链的系统）的背景下，人们担心量子计算机可能会破坏这些系统所依赖的密码学基础。例如，如果出现足够强大的量子计算机，它可能会危及加密货币钱包中使用的私钥的安全性。这将允许攻击者从其相应的公钥中推导出私钥，从而破坏存储在这些钱包中的交易和资金的安全性。 ^[2][3]

量子并行性

量子并行性是量子计算机的基本特征，使它们能够同时评估多个输入值的函数。这是通过将量子系统置于输入状态的叠加中并应用封装要评估的函数的酉变换来实现的。结果状态保存叠加中所有输入状态的输出值，从而促进多个输出的同步计算。此属性是许多量子算法加速的关键。 ^[5]